(57)【要約】【課題】コスト対効果が高くかつ精密に製作でき、かつ収差を補正できるシリンドリカル・レンズを提供すること。【解決手段】好ましくはコスト対効果が高くかつ精密に製作することが可能なシリンドリカル・レンズを提供するためには、屈折性光学素子および回折性の光学素子を有するシリンドリカル・レンズが使用されており、またこの場合において半導体ダイオード・レーザ配置内にある光学収差および欠陥を補正することが可能である。この回折性光学素子はさまざまなセグメントを備えることが可能である。【選択図】図１
2005157358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
好ましくは球面を有する屈折性光学素子と、回折性光学素子とを備えるシリンドリカル・レンズ。
【請求項２】
好ましくは非球面を有する屈折性光学素子と、回折性光学素子とを備えるシリンドリカル・レンズ。
【請求項３】
前記屈折性および／または回折性素子は光軸と直交しないことが好ましい請求項１または２に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項４】
前記回折性光学素子は、前記屈折性光学素子の本体上に配置されているか、あるいは前記本体によって規定されている請求項１、２または３のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項５】
前記回折性光学素子は前記屈折性表面と反対側の面内に配置されている請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項６】
各場合において、少なくとも１つの回折性光学素子は、前記屈折性光学素子の本体上に配置されているか、あるいはこれによって規定されており、かつ前記屈折性表面と反対側の面内に配置されている請求項１、２または３のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項７】
前記屈折性表面と一緒になって、前記回折性素子は非球面シリンドリカル・レンズを規定している請求項１、２、３、４、５または６のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項８】
少なくとも１つの半導体レーザに対して割り当てられた速軸コリメータ・レンズである請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項９】
好ましくは半導体ダイオード・レーザからなる線形アレイ、特に高出力ダイオード・レーザからなるアレイに対して割り当てられた請求項１乃至８のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項１０】
自体の光学方向および／または物理的長手方向に少なくとも１つの曲率を有する請求項１乃至９のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項１１】
追加的な機能素子を備える請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項１２】
前記追加的機能素子は高出力レーザの光のうちの好ましくは事前規定の一部分をモニタ・ダイオードまたはモニタ・カメラ上に導くのに適している請求項１１に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項１３】
前記追加的機能素子は、高出力レーザの光のうちの好ましくは事前規定の一部分を、モニタ・ダイオードだけの役割をすることが好ましいレーザ・バーの１つまたは複数のレーザ導波路内に反射によって導くのに適している請求項１１に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項１４】
前記追加的機能素子は、光源および／または外部パターンに対する該シリンドリカル・レンズの整列を可能にしている遠視野画像であることが好ましい画像を作成する請求項１１に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項１５】
前記追加的機能素子は光源を基準とした該シリンドリカル・レンズの位置の関数として検出器上に光を照準させるのに適した回折性光学素子である請求項１１に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項１６】
前記検出器は４クワドラント検出器である請求項１５に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項１７】
前記追加的機能素子は、光源を基準とした、好ましくは半導体ダイオード・レーザを基準としたおよび／または追加的な光学素子を基準とした、該シリンドリカル・レンズの調整または相対的位置を検出可能にするために構造を画像化している請求項１１または１５に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項１８】
前記追加的機能素子は照合一致を画像化するかつ／または読み取ることを可能にするための回折性光学素子である請求項１１に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項１９】
さらにマルチレンズ・イメージング・システムを生成させるための追加的な回折性素子によって規定されている請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項２０】
マルチレンズ・コリメータ・システムの一部として前記追加的な回折性素子は事前焦点合わせ効果を有する請求項１９に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項２１】
前記追加的回折性素子は湾曲した長手方向光軸を伴うシリンドリカル・レンズを規定している請求項１９または２０に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項２２】
前記追加的回折性素子はその長手方向光軸が該シリンドリカル・レンズの前記長手方向光軸に対して実質的に横断方向に延びている追加的なシリンドリカル・レンズを規定している請求項１９に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項２３】
遅軸コリメータ・レンズまたは遅軸コリメータ・レンズ・システムの一部として前記追加的な回折性素子は、好ましくは該シリンドリカル・レンズの前記長手方向光軸に対して横断方向に焦点合わせ効果または事前焦点合わせ効果を有する請求項１９または２２に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項２４】
遅軸コリメータ・レンズまたは遅軸コリメータ・レンズ・システムの一部として、前記追加的な回折性素子は、好ましくは該シリンドリカル・レンズの前記長手方向光軸を基準とした対の形式で傾斜方式による焦点合わせ効果または事前焦点合わせ効果を有する請求項１９または２２に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項２５】
前記回折性素子は遅軸コリメーションに対して付加した屈折性素子である請求項２４に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項２６】
前記回折性および／または屈折性素子はセグメント分割させかつ傾斜させ、その個々のセグメントによって画定される部分ビームが異なる角度を有するようにしている請求項２４または２５に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項２７】
各場合において、１つの追加的な光学素子が、好ましくは線形の高出力レーザ・ダイオードアレイの１つの高出力レーザ・ダイオードに対して割り当てられている請求項９、１８、２２、２３、２４、２５または２６のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項２８】
さらに反射防止層によって、特にその効果が回折によって反射を低下させることであるような反射防止層によって規定されている請求項１乃至２７のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項２９】
前記反射防止層は好ましくは該シリンドリカル・レンズの回折作用層の一部として設計されたモス・アイ反射防止層である請求項２８に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項３０】
該シリンドリカル・レンズおよび／または前記追加的な回折性素子は、熱整形によって、特に加熱状態における軸方向の伸長によって生成されている請求項１乃至２９のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項３１】
該シリンドリカル・レンズおよび／または前記追加的な回折性素子はＰＣＴ／ＥＰ０２／１０９６０に記載されている方法によって生成されている請求項３０に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項３２】
該シリンドリカル・レンズおよび／または前記追加的な回折性素子は圧縮、型押しまたは精密型押しによる熱整形によって生成されている請求項１乃至２９のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項３３】
前記回折性光学素子および／または前記追加的な回折性素子はリソグラフ技法によって生成されている請求項１乃至２９のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項３４】
該シリンドリカル・レンズの少なくとも前記屈折性光学素子は、表面応力の作用によって丸められた後に、矩形の突出部をもつ本体が加熱され、放置されて冷まされるか冷却されるような方法に従って高温整形によって生成されている請求項１乃至２９のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズ。
【請求項３５】
請求項１乃至３４のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズを備えるレンズ・システム。
【請求項３６】
各場合において、高出力ダイオード・レーザ・アレイの曲率の公差範囲を補償する目的による長手方向で異なる曲率を有するシリンドリカル・レンズの組、特に請求項１０または２１に記載のシリンドリカル・レンズの組。
【請求項３７】
請求項１乃至３６のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズを備える半導体レーザ・システム。
【請求項３８】
請求項１乃至３７のいずれか１項に記載のシリンドリカル・レンズを備える材料処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には光学レンズおよびレンズ・システムに関し、また高出力の半導体ダイオード・レーザおよび対応するアレイからの光に対するビーム整形に使用されるようなシリンドリカル・レンズおよびシリンドリカル・レンズ・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンドリカル・レンズは、少なくとも１つの有界自由表面を有する透明な光屈折体と理解されている。軸方向で平行な方式で入射するビームからなる実結合点または仮想結合点のことは焦点と理解されている。
【０００３】
高出力レーザの光をビーム整形するためのデバイスは、従来では、マルチレンズ屈折性システム（例えばレンズ・アレイおよび／またはプリズム・アレイ）を用いた複雑な方式で製作されている（例えば、ＤＥ  １９５  ００  ５１３あるいはＤＥ  １９８  ４６  ５３２およびＥＰ  ０  ９６１  １５２を参照）。これらの光学システムは、レーザ・ダイオード放出体放射の光学的品質を大幅に維持することによってビーム整形を実行する目的、特にいわゆる速軸と遅軸の間のビーム円錐を円形にする目的を果たしている。
【０００４】
さらに、ＰＣＴ／ＥＰ０２／０３２８３は、レーザ・アレイから放出される光を補正するための線形のプリズム・アレイを提唱している。この場合の目的は、それぞれに異なる傾斜をもつプリズムを使用して、個々のレーザのそれぞれの光射出表面が直線上ではなく湾曲した線上に位置しているような場合において、「スマイル（ｓｍｉｌｅ）」として知られている個々のレーザの横方向オフセットを補償することである。
【０００５】
レンズ・アレイおよびプリズム・アレイでは、それぞれのプリズム間に、階段状の横方向表面を製作し有するようにすることが一般に困難であり、このため反射によって光を伝播するには不都合である。別のマルチプリズム配列はＵＳ  ６，４２１，１７８  Ｂ１から知ることもできる。
【０００６】
ＷＯ  ００／１９２４８は、少なくとも２つの非球面が高い精度で生成される両凹面微小シリンドリカル（ｂｉｃｏｎｃａｖｅ  ｍｉｃｒｏｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ）レンズ・システムについて記載している。Ｒ．Ｄｉｅｈｌによる標準的な教科書「Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒｓ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ（２０００））から、高い屈折率（一般に＞１．７）の光学材料は純粋に屈折性の光学機器によるダイオード・レーザ放出体または放出体アレイの正確な速軸コリメーション（残留ダイバージェンス＜５ｍｒａｄ）の目的のために、非球面と連携して使用する必要があることが分かっている。互いに対して調整された非球面の生産に対する大きな支出がこうしたシステムにおいて不都合であるだけではなく、例えば静止光源を基準とした正確な整列における困難で正確なマウント作業もまた不都合なことである。ここでは、基準面からの規定された間隔を指定するスペーサを装着するためのマウント作業を簡略化することを目的とした提唱を行う。しかしここで不都合なことは、製造公差によるレンズの屈折力および／または寸法精度の若干のばらつきによっても、それぞれに異なる間隔が要求されることであり、またこれを考慮に入れることは可能ではあるが大きな手間がかかる。
【０００７】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＥＰ０２／１０９６０
【特許文献２】ＤＥ  １９５  ００  ５１３
【特許文献３】ＤＥ  １９８  ４６  ５３２
【特許文献４】ＥＰ  ０  ９６１  １５２
【特許文献５】ＰＣＴ／ＥＰ０２／０３２８３
【特許文献６】ＵＳ  ６，４２１，１７８  Ｂ１
【特許文献７】ＷＯ  ００／１９２４８
【非特許文献１】Ｒ．Ｄｉｅｈｌ、「Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒｓ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、２０００年
【非特許文献２】Ｊ．Ｔｕｒｕｎｅｎ、Ｆ．Ｗｙｒｏｗｓｋｉ、「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃｓ」、Ａｃａｄｅｍｙ、１９９７年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、コスト対効果が高くかつ精密に製作されることが好ましいシリンドリカル・レンズを規定することであり、またこの場合においては円筒形状または円筒形状の欠陥、並びに半導体ダイオード・レーザ配置の欠陥による収差を補正することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１の特徴を有するシリンドリカル・レンズ、請求項３５の特徴を有するレンズ・システム、請求項３６に従ったシリンドリカル・レンズの組、請求項３７に従った半導体レーザ・システム、および請求項３８の特徴を有する材料処理システムにより、直接的に意外なほどに簡単な方式で達成される。
【００１０】
シリンドリカル・レンズが、平坦な凸の円筒状表面を有することが好ましい屈折性光学素子と、好ましくは平坦な表面上にある回折性光学素子とを用いて設計されている場合、球面の凸の側面幾何学形状および／または低屈折率光学材料によって生じる光学収差は。というのはこの回折性光学素子によって、屈折性作用をもつレンズ・コンポーネントの横断後に実質的に正確な補償に対応した同位相波面に関するある種の事前補正が生成できるからである。必要となる空間依存の位相シフト、吸収および／または反射を決定するには、例えば次のアルゴリズムを用いることができる。
【００１１】
１．標準的な教科書（例えば、Ｊ．Ｔｕｒｕｎｅｎ、Ｆ．Ｗｙｒｏｗｓｋｉの「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃｓ」（Ａｃａｄｅｍｙ、１９９７））に記載されているような分析計算公式、
２．例えばＺｅｍａｘやＣｏｄｅ  Ｖなどの市販のレンズ設計ソフトウェア・プログラムで実現されているような数値最適化方法。
【００１２】
回折性光学素子はこの場合では円筒状表面を有する屈折性光学素子の本体上に有利に配置することが可能であるか、あるいは前記本体によって規定することが可能である。
【００１３】
回折性光学素子が円筒状表面の反対側の面内に配置されている場合、これによって、２つの部分レンズ・システムを正確に離間することを可能にするハイブリッド型回折性／屈折性レンズ・システムを設けることが可能である。円筒状表面と協働してこの回折性素子は、この場合では、本出願の定義の範囲内で光学収差をほとんど示さない、特にまったく球面収差を示さないシリンドリカル・レンズであるような非球面のシリンドリカル・レンズを規定するので有利である。
【００１４】
特に好ましい実施形態では、そのシリンドリカル・レンズは少なくとも１つの半導体レーザに対して割り当てられた速軸コリメータ・レンズである。さらなる発明的な改良法では、このシリンドリカル・レンズは、好ましくは半導体ダイオード・レーザからなる線形アレイ、特に高出力ダイオード・レーザからなるアレイに対して割り当てられている。
【００１５】
シリンドリカル・レンズがその光学方向および／または物理的長手方向に少なくとも１つの規定された曲率を有する場合には、これによりダイオード・レーザ・アレイ内の欠陥を、好ましくは公差範囲に関連する規定された方式で補償することが可能である。
【００１６】
シリンドリカル・レンズが追加的な機能素子を備えていれば、これによりかなりの利点を実現することができる。例えば、高出力レーザの光の事前規定の一部分をモニタ・ダイオード上に導くことが可能である。
【００１７】
利用がダイオード・レーザ・アレイに向けられたものである場合、光の一部を反射させてモニタ・ダイオードの役割をする個々のレーザ導波路に焦点合わせできるので有利である。
【００１８】
さらに、追加的な機能素子によれば、好ましくはマウント作業中において光源および／または外部パターンを基準としたシリンドリカル・レンズの整列を可能にする画像、好ましくは遠視野（ｆａｒ  ｆｉｅｌｄ）画像を作成することが可能である。
【００１９】
その追加的な機能素子が光源を基準としたシリンドリカル・レンズの位置の関数として検出器上に光を照準させるのに適した回折性光学素子であれば、この検出器により得られる強度信号を、画像化に代えて調整を行うため、あるいは画像化に加えて調整を行うために使用することができる。この場合では空間分解性の光学検出器として４クワドラント検出器が有利である。
【００２０】
この追加の光学素子が照合一致（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を画像化するかつ／または読み取ることを可能にするための回折性光学素子である場合にはさらに有利である。したがって、製造情報、材料特性、公差等級、長手方向曲げ等級、または製品番号を特定または符号化することが可能である。
【００２１】
マルチレンズ・コリメータ・システムの一部としてこの追加的な回折性素子はさらに、焦点合わせ効果または事前焦点合わせ効果をコスト対効果高く有することができる。
【００２２】
この追加的な回折性素子によってその長手方向光軸が該シリンドリカル・レンズの長手方向光軸に対する実質的に横断方向に延びている追加的なシリンドリカル・レンズが規定されている場合、好ましくは互いに直交して延びる２つの方向で独立した焦点合わせおよび／または誤差補償を実施することが可能である。この場合では遅軸コリメータ・レンズまたは遅軸コリメータ・レンズ・システムの一部として、その追加的な回折性素子が好ましくはシリンドリカル・レンズの長手方向光軸に対して横断方向に焦点合わせ効果または事前焦点合わせ効果を有する場合に有利である。
【００２３】
多くの方向で独立した焦点合わせおよび／または誤差補償を実現するために長手方向光軸を基準として実質的に傾斜させた回折性および屈折性のコンポーネントを配置すると有利となり得る。この場合では、少なくとも１つのセグメントが１つのレーザ放出体に対して割り当てられるようなセグメント分割方式で個々の素子の効果をなくす（ｅｒａｓｅ）ので有利である。生成された部分ビームは、開口全体に関する均一な照度を改善させると共に、コンポーネント表面からレーザ放出体への光の反射を減少させる。
【００２４】
反射防止層、特にその効果が回折によって反射を低下させることであるような反射防止層、例えばシリンドリカル・レンズの回折作用層の一部として設計されることが好ましいモス・アイ（ｍｏｔｈ  ｅｙｅ）反射防止層がある場合、その回折性素子と反射防止層の両者を本質的に１つの生産工程で生産することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
好ましい実施形態の支援により、並びに添付の図面を参照しながら本発明について以下でより詳細に記載する。
【００２６】
本発明に従った好ましい個々の実施形態に関する以下の詳細な記載において、添付の図面は単に説明を目的としたものであり、必ずしも実際の実施形態を正確なスケールの図で表していないことを先ず述べておく。
【００２７】
さらに、本説明の中および特許請求の範囲の中で使用している「シリンドリカル・レンズの長手方向光軸（ｏｐｔｉｃａｌ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｘｉｓ  ｏｆ  ａ  ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｌｅｎｓ）」という用語は前記レンズの物理的な幾何学寸法に限定されるものではないことを指摘しておく。
【００２８】
従来の純粋に屈折性のシリンドリカル・レンズまたはシリンドリカル・レンズ・システムの場合では、この用語Ｌｒは、シリンドリカル・レンズの主要光学面内をこのレンズの空間的に物理的に長手方向の軸と平行に延びると共に、本質的に崩れずにシリンドリカル・レンズを通って進む主要ビーム・パスを切り、かつこれによりシリンドリカル・レンズの中間を通る焦点ビームを切っている軸を表すように意図している。
【００２９】
同様に純粋に回折性のシリンドリカル・レンズの場合では、このシリンドリカル・レンズ収れん線と実質的に平行に延びると共に、同様にこの回折性レンズ主要面内を進むような長手方向の軸Ｌｄが存在する。
【００３０】
平行ビーム束または平面波面の伝播方向と実質的に直交するＬｄ、Ｌｄ２の横方向位置の可能な決定は、回折パターンの対称軸の位置を決定し、かつこの横方向位置を回折性シリンドリカル・レンズの長手方向光軸の対称軸に割り当てることによって実施することができる。屈折性レンズの場合と同様に、幾何学的光伝送において回折性レンズの長手方向光軸Ｌｄ、Ｌｄ２の横方向位置はその長手方向光軸が光学主要ビームと交差する点として得られる。
【００３１】
以下では、本発明のシリンドリカル・レンズの第１の好ましい実施形態について、その全体に参照番号１を付して図示している図１を参照することにする。
【００３２】
シリンドリカル・レンズ１は、円筒の形状を近似している球面状または放物性の疑似円筒状表面２と、上側および下側の好ましくは平坦な表面４および５と実質的に直交して延びる実質的に平坦な表面３とを備えている。
【００３３】
このシリンドリカル・レンズは、石英ガラスからなることがあり、また通例のすべてのタイプの無機質の光学ガラスからなることがあり、並びにポリメチルメタクリレート、ポリメチルメタクリリミド、ポリスチレン、ポリ（スチレン・コ・アクリロニトリル）、ポリカーボネート（高温耐性変種の形態を含む）、シクロオレフィン・コポリマー、シクロオレフィン・ポリマー、メチルペンテン・コポリマー、ポリエチレンテレフタラートなど光学的に使用可能なプラスチックからなることがあり得る。
【００３４】
このシリンドリカル・レンズの材料は極めて透明または半透明の設計とすることが可能であり、またガラスやプラスチック以外に、ＣＯ２材料処理レーザに関して好ましいような赤外線領域においてビームおよび／または波面を整形するために、例えばゲルマニウム、ＣａＦ、ＧａＰ、ＺｎＳｅまたはシリコンなどの半導体材料からなることもあり得る。この目的のためには、例えば研磨やリソグラフ表面処理など周知の材料処理方法を利用することができる。
【００３５】
平坦な表面３上には、平坦な表面３内に形成することが可能であるか、これに付加することが可能な回折性光学素子６が配置される。
【００３６】
利用が高温整形材料に向けられたものである場合、この回折性光学素子は、高温圧縮、高温型押し、精密型押し、および／または同様の空間的形状の幾何学的寸法を有しているがより長くはない成形品がその構造を維持する方式でその長手方向に大きく引っ張られ、このため横断方向で縮小されるような再引き出し（ｒｅｄｒａｗｉｎｇ）と呼ばれる方法によって生産することができる。
【００３７】
特に好ましい方法がＰＣＴ−ＥＰ０２／１０９６０に記載されており、その開示の全部を参照により本明細書に組み込むものとする。
【００３８】
回折性光学素子６が、図１に図示した線Ｌｄと実質的に平行に延びる方向である光学長手方向に置かれ、かつ実質的に崩れずかつ回折を受けずにシリンドリカル・レンズ１を通る主要光学ビームＨと実質的に同じ面内に置かれている回折性のシリンドリカル・レンズを構成している場合には、こうした方法が特に有利となる。
【００３９】
長手方向光軸Ｌｄは、屈折性素子２の長手方向光軸Ｌｒと同じ面に位置していることが好ましい。
【００４０】
さらに回折性光学素子６は、光学的構成可能な（ｐｈｏｔｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｂｌｅ）ポリマーからなること、あるいは平坦な表面３に付加されると共に主要ビームの方向Ｈに進む波面配置に対して所望の局所位相シフトを生じさせる上昇緩和（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ  ｒｅｌｉｅｆ）を生成させるような方法で当業者に周知のリソグラフ技法によって構造化された写真乳剤からなることがあり得る。
【００４１】
本発明ではあまり好ましくはないが、例えば現像済みのハロゲン化銀結晶による吸収によって所望の光学特性を有する回折パターンを生成することも可能である。
【００４２】
さらに、再帰反射で例えば図３に示され、以下で詳述する下流方向の検出器７、８または９上に光を導くために、位相変調深度構造に加えて使用可能な例えばリソグラフ処理されたクロム層など局所的に構造化された層で反射を使用することも本発明の範囲内にある。
【００４３】
使用するのに特に好ましい実施形態では、例えば図３において参照番号１０〜１５を用いて一例として図示しているような半導体ダイオード高出力レーザの速軸コリメータ・レンズとして、その回折性素子６は、屈折性素子２と一緒に、特にその球面と一緒に非球面シリンドリカル・レンズを規定している。
【００４４】
回転対称性の非球面の場合と同様の方式において、本記述は、収差を補正することが可能、または少なくともこれを計測可能に減少させることが可能なレンズ配置のことを非球面シリンドリカル・レンズと呼んでいる。
【００４５】
ダイオード・レーザ１０〜１５の光の小さいスペクトル幅に基づいて、本発明によるこの好ましい実施形態では、回折性素子６は、シリンドリカル・レンズの非中央領域がビームまたは波面を画像化または整形するときに正確に動作するような方法により光学収差を補正しており、このことは、光軸と平行な非中央ビーム・パスであっても実質的に単一の収れん線に合成されることを意味する。
【００４６】
さらに、本発明のさらなる改良法では、回折性光学素子６の内部で回折パターンを重複させることによって、あるいは、例えば図４に示すようなマルチレンズ配置によって、色誤差を補正することも可能である。
【００４７】
以下では、屈折性光学素子２および回折性光学素子６を有するシリンドリカル・レンズ１に関する本発明の第２の好ましい実施形態を透視図の形で模式的に表している図２を参照することにする。
【００４８】
図２に表したレンズは、実質的には図１に示したレンズに相当するが、少なくとも１つの追加的な機能素子１６、１７を別に有している。
【００４９】
機能素子１６および機能素子１７は、平坦な表面３上に配置させることが好ましいが、円筒状表面２の上側表面４または下側表面５の上、好ましくはエッジ領域上に形成することが可能である。
【００５０】
追加的な機能素子１６、１７は、例えば高出力ダイオード・レーザ１０〜１５のうちの１つからの光の一部分を１つまたは複数の検出器７、８、９（図３参照）上に照準するのに適していることが好ましい。
【００５１】
この場合では、光または別の適当なパターンに対するシャープな焦点によって、追加的な光学素子を基準として、または高出力ダイオード・レーザ１０〜１５自体を基準として、シリンドリカル・レンズ１を正確に位置決めするための基準を作成するために、それぞれのレーザ１０〜１５からの散乱放射を使用することが好ましい。
【００５２】
別の好ましいパターンは、好ましくは一定でないグリッド周期を有するストリップ状またはグリッド状の干渉パターンまたはモアレ構造とすることができる。
【００５３】
この方法では、光学検出器７、８、９の支援を得て強度の変動を確定し、これらをシリンドリカル・レンズ１の正確な位置に割り当てることが可能である。利用が点状のパターンに向けられたものである場合、その検出器７、８、９は、空間分解性の位置データを供給するマルチ・クワドラント検出器とすることができる。
【００５４】
図３に透視図で模式的に図示している本発明のさらに好ましい実施形態と同様に、例えばその追加的な機能素子１７はさらに、直接または符号化形式のいずれかの形で情報を含むことが可能である。
【００５５】
この情報は、この方法においては光学システムの追加的使用に関する正確な情報を取り出し可能に提供するために、例えば、実際の焦点距離、光学素子２、６の実効屈折力、または長手方向光軸Ｌｒ、Ｌｄの曲率半径などのシリンドリカル・レンズ１の目下のデータを指定することができる。
【００５６】
追加的な機能素子１７はさらに、関連情報を規定された画像面内で再帰反射で画像として生成するホログラフィ光情報を含むことができる。
【００５７】
また別の好ましい実施形態では、その追加的な機能素子１７は幾何学構造を、空間的に、例えば全体を番号２０で示す高出力ダイオード・レーザ・アレイの支持体１９の表面１８上に配置させた空間情報と共に重ね合わせたモアレ構造の形式で含むことができる。
【００５８】
図３に図示したものでないとすれば、こうした方法では、横方向の調整のために支持体１９の製作に関して機械的な精密さを使用するために、追加でまたは別法として階段状の表面２１上にシリンドリカル・レンズ１を置くことが可能である。
【００５９】
特に好ましい実施形態では、その追加的な機能素子１６は、点状の方式で画像化を行う回折性の正のレンズを有しており、また例えば、再帰反射によってレーザ１１からの光をレーザ１０に導くことが可能である。
【００６０】
レーザ１１だけが動作を受けており、かつダイオード・レーザ１０をマウント作業中にモニタ・ダイオードとして使用している場合、その正確な位置は再帰反射された光の強度から検出することができる。
【００６１】
この方法では調整を支援するか簡単にするために、多数の半導体レーザからの光が、マウント作業中にモニタ・ダイオードとして動作させるさまざまな半導体レーザ内に結合して戻されることも本発明の趣旨の域内にある。
【００６２】
この最後に挙げた実施形態では、マウント作業後にその追加的な機能素子１６を不透明に覆うか除去すると都合がよい。
【００６３】
光学検出器７、８または９の使用と連携して各場合において、ダイオード・レーザ１０〜１５からの光または規定されたグループのダイオード・レーザからの光だけが各場合における１つの光学検出器７、８、９上へ空間分解した方式で導かれるように追加的な機能素子１６を設計することも本発明の趣旨の域内にある。
【００６４】
これによって、マウント作業および正確な調整の後であってもそれぞれのレーザまたはそれぞれに割り当てられたレーザのグループの出力強度を監視することが可能となる。
【００６５】
さらに、レーザの基本モードにおいて好ましくは指定した光学検出器（例えば、８）上に光を導く回折構造を含むように追加的な機能素子１６を設計することも本発明の趣旨の域内にある。
【００６６】
方向分解した多数の画像によるホログラムの方式では、この回折構造は、より高次のモードがレーザ１０〜１５に堆積した場合にはいつでも、別の光学検出器（例えば、７または９）内に光を導くことができる。
【００６７】
強力な焦点合わせシステムで極めて有用となり得るモード・プロフィールに関するこの方法では、高出力レーザ１０〜１５の動作時にリアルタイムでの監視が可能である。
【００６８】
その追加的な機能素子１６が各高出力レーザ１０〜１５からの光の規定された部分を光学検出器７内に導いており、かつ同時に上述したモード監視を光学検出器８および９によって実施することが可能であるように、半導体ダイオード・レーザ１０〜１５の出力放射の全体強度を監視するための光学検出器（例えば、７）を使用することも本発明の趣旨の域内にある。
【００６９】
高出力のアレイ２０の動作中に、生産の理由および熱応力のために、レーザ１０〜１５が、例えば一点鎖線２２で示すような直線上に配置されずに、レーザ１０〜１５の射出表面の中心を通る線２２が曲率を示すことが起こりうる。
【００７０】
この曲率を補償するために、回折性素子６および／または屈折性素子２が同様にして湾曲した長手方向光軸Ｌｄ、Ｌｒを示すことができる。
【００７１】
特に好ましい方法では、その回折性光学素子６は、公差範囲補償を受けることが可能である。この処理において、長手方向光軸Ｌｄおよび／またはＬｒに関して典型的な曲率半径をもつシリンドリカル・レンズ１の組から、次に来る対応する曲率を有するシリンドリカル・レンズ１を、湾曲したレーザ中心線２２に対して割り当て、これにより事前規定の公差等級においてこの曲率を補償するか、あるいは少なくとも減少させている。
【００７２】
以下では、屈折性光学素子２および回折性光学素子６に加えて追加的な回折性素子２３がその配置内に存在しているマルチレンズ・シリンドリカル・レンズ配置１を表した図４について参照することにする。
【００７３】
純粋に一例として、この素子２３は、表面３から離間して平行に延びる表面２４上に形成される。
【００７４】
この追加的な回折性素子２３は同様にして、回折性素子２の円筒状表面上や、これに含まれる面２４内に配置することができる。
【００７５】
特に好ましい実施形態では、この追加的な回折性素子２３によって生産の大幅な簡略化を達成することができる。
【００７６】
例えば、その光学長手方向Ｌｄと平行な構造だけが規定されるように回折性光学素子２３を設計している場合、この追加的な回折性光学素子２３は例えば、表面２４の面内で光学長手方向Ｌｄと直交して延びることが好ましい第２の光学長手方向Ｌｄ２に対して実質的に対称な構造を含むことが可能である。
【００７７】
この場合では、回折性光学素子６と回折性光学素子２３の両方について、そのそれぞれを、ＰＣＴ  ＥＰ０２／１０９６０に記載された方法によってコスト対効果が高くかつ高精度で生産することができる。
【００７８】
これによって、例えば、光学長手方向Ｌｄと直交する光学長手方向Ｌｄ２をもつシリンドリカル・レンズを設け、遅軸コリメーションや事前コリメーションを実現するために追加的な回折性光学素子２３を使用することが可能である。適当な焦点合わせまたは事前焦点合わせを受けること、並びにこの配置の支援によりそれぞれのレーザ１０〜１５の光射出表面の極めて近くにある場合であってもシリンドリカル・レンズ１の材料内の光伝搬経路を長くすることによって吸収の増加を回避することが可能である。
【００７９】
さらに例えば、上で記載した方法で１つまたは複数の光学検出器７、８、９上に光が戻るように結合するために、各ダイオード・レーザ１０〜１５には追加的な光学素子２３によって空間分解された方式で追加的な光学素子を割り当てることが可能である。
【００８０】
さらなる発明的な改良法では、回折性光学素子２３はさらに、例えば長手方向光軸Ｌｄ２と平行な下流方向のイメージング・システム内にのみ生じる円筒形状の欠陥を非円筒性に補正するために、追加としてまたは代替手段としても使用することができる。
【００８１】
ＬｄおよびＬｄ２に平行な直交する少なくとも２つの方向での円筒形状のこれらの欠陥の独立した補償によって大きな補正の自由度が可能となる。
【００８２】
追加的な回折性素子２３はさらに、例えば１つまたは複数のレーザ１０〜１５の光を、長手方向光軸Ｌｄと平行または非平行の方向でより強力に照準させるために、傾斜したビーム・パスを補償するためのプリズムの役割もすることができる。不都合な階段状が個々のプリズム間にある従来技術で知られている場合では、これは起こり得ない。
【００８３】
上述した回折性光学素子６、１６、１７、２３は、２進の位相シフトしたがってディジタルの位相シフト、および／または吸収、および／または反射の表面パターンとして生成することができる。
【００８４】
表面２、３および／または２４、特に例えばモス・アイ反射防止層の役割をし、かつ回折性構造と同時に適用することが可能である反射防止層に対して適用することも本発明の趣旨の域内にある。
【００８５】
圧縮、型押しまたは精密型押し、並びにリソグラフィおよび写真技法による上述したシリンドリカル・レンズの生産方法に加えて、屈折性光学素子２の少なくとも本体を別のタイプの高温整形によって非常に有利に生産することが可能である。
【００８６】
この処理法では、実質的に矩形の突出部２５、２６、２７を有するように設けられた本体２８は、熱変形性の材料からなると共に、図５の断面概要図では加熱を受けるように表している。
【００８７】
この本体２８は、上で一例として記載したようにガラスまたは熱変形性のプラスチックからなることがあり得る。
【００８８】
目下の粘性突出部２５、２６、２７の表面張力および自重のために、加熱によって、分離後に屈折性素子の表面２として使用可能となるように丸くなった円筒状または放物性の表面を生成することが可能である。
【００８９】
後続の分離の目的のため、この丸まった突出部２５は例えば、のこ引き、分割または研磨によって分離線２９および２９の位置で分離することができ、これにより大量生産に適した高精度のシリンドリカル・レンズ生産方法が提供される。
【００９０】
上述したシリンドリカル・レンズ、並びにシリンドリカル・レンズのマルチレンズ配置は半導体レーザ・システムにおいて、特に材料処理のための高出力の半導体レーザ・システムにおいて使用される。
こうした材料処理システムの設計も同様に本発明の趣旨の域内にある。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】屈折性および回折性の光学素子を有するシリンドリカル・レンズに関する第１の好ましい実施形態を表した透視図である。
【図２】屈折性および回折性の光学素子を有するシリンドリカル・レンズに関する、追加的な機能素子をその内部に存在させた第２の好ましい実施形態を表した透視図である。
【図３】図２に示すシリンドリカル・レンズを高出力の半導体ダイオード・レーザの線形アレイ上に配置させている場合における別の好ましい実施形態を表した透視図である。
【図４】速軸コリメータ配置と遅軸コリメータ配置の両方として使用することが可能なシリンドリカル・レンズのダブレット配置に関するまた別の好ましい発明図である。
【図５】好ましくはガラスまたは石英ガラスからなる熱処理可能な透明物質の断面配置を表した図である。
【図６】図５から熱処理をした後の配置、並びに本質的に重力および表面応力による形状の変化を表した図である。
【図７】図６に対して、図示したシリンドリカル・レンズ配置の後続の切断の位置に分割線を加えた詳細図である。
【図１】
2005157358.tif 000003
【図２】
2005157358.tif 000004
【図３】
2005157358.tif 000005
【図４】
2005157358.tif 000006
【図５】
2005157358.tif 000007
【図６】
2005157358.tif 000008
【図７】
2005157358.tif 000009
【外国語明細書】
2005157358.tif 000010
2005157358.tif 000011
2005157358.tif 000012
2005157358.tif 000013
2005157358.tif 000014
2005157358.tif 000015
2005157358.tif 000016
2005157358.tif 000017
2005157358.tif 000018
2005157358.tif 000019
2005157358.tif 000020
2005157358.tif 000021
2005157358.tif 000022
2005157358.tif 000023
2005157358.tif 000024
2005157358.tif 000025
2005157358.tif 000026
2005157358.tif 000027
2005157358.tif 000028
2005157358.tif 000029
2005157358.tif 000030
2005157358.tif 000031
2005157358.tif 000032
2005157358.tif 000033
2005157358.tif 000034
2005157358.tif 000035
2005157358.tif 000036
2005157358.tif 000037
2005157358.tif 000038